本發(fā)明涉及肺穿刺機(jī)器人中穿刺針的夾持裝置，具體涉及一種ct引導(dǎo)下肺穿刺機(jī)器人的穿刺針夾持釋放裝置。屬于放射治療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在肺穿刺手術(shù)過(guò)程中伴隨病人肺部的呼吸運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)靶點(diǎn)位置實(shí)時(shí)改變，使肺部穿刺手術(shù)的難度相對(duì)其他非運(yùn)動(dòng)器官增大。這就要求肺穿刺手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中的穿刺針機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)“針夾緊—調(diào)整位姿—進(jìn)針—針釋放—重新夾緊針”等功能。在ct實(shí)時(shí)引導(dǎo)下進(jìn)行肺穿刺,穿刺針進(jìn)針?biāo)俣确秶鸀?0-100mm/s，進(jìn)針角度在以人體表面法線為起始±50°的椎體區(qū)域內(nèi)。為了防止x射線的照射，醫(yī)生需要在控制室內(nèi)通過(guò)主從遠(yuǎn)端控制機(jī)器人完成穿刺手術(shù)，這就要求機(jī)械手末端具備自動(dòng)“夾持——釋放”針的功能；其次，在穿刺手術(shù)過(guò)程中對(duì)病灶部位進(jìn)行ct實(shí)時(shí)掃描，機(jī)器人末端在ct掃描架內(nèi)執(zhí)行手術(shù)操作，運(yùn)動(dòng)范圍大概是350×300×235mm³；金屬在ct掃描中會(huì)產(chǎn)生較明顯偽影，機(jī)器人末端針夾持機(jī)構(gòu)需使用非金屬材料。以上特殊環(huán)境制約了機(jī)器人在肺穿刺手術(shù)中的應(yīng)用，技術(shù)難點(diǎn)主要集中在末端針夾持機(jī)構(gòu)中。

當(dāng)前肺穿刺機(jī)器人穿刺針夾持機(jī)構(gòu)大致分為兩種：一種直接將針夾持機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械臂末端，在手術(shù)過(guò)程中末端機(jī)構(gòu)夾緊穿刺針，此結(jié)構(gòu)一般只用于非運(yùn)動(dòng)器官的穿刺手術(shù)中；另一種將針夾持機(jī)構(gòu)固定在病人身上的穿刺部位，具有體積小，節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，此機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)過(guò)程中的“夾緊——釋放”功能。

在穿刺手術(shù)過(guò)程病人姿勢(shì)隨時(shí)發(fā)生變動(dòng)并且肺部在做呼吸運(yùn)動(dòng)，上述第一種機(jī)構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)穿刺針在手術(shù)過(guò)程中的“釋放-重新夾緊”功能，從而不能適應(yīng)穿刺針進(jìn)針過(guò)程中針位置的移動(dòng)和擺動(dòng)；第二種機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)過(guò)程中的“夾緊——釋放”功能，但是由于此種機(jī)構(gòu)伴隨病人的呼吸運(yùn)動(dòng)發(fā)生移動(dòng)，使得他在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中的定位問(wèn)題不能滿足手術(shù)精度的要求，從而降低了穿刺手術(shù)的精度，并且此種機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式是微型電機(jī)，包含金屬部件，在ct照射下產(chǎn)生明顯的偽影，影響對(duì)手術(shù)過(guò)程的觀查。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種ct引導(dǎo)下肺穿刺機(jī)器人的穿刺針夾持釋放裝置，裝置中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在穿刺過(guò)程中能夠根據(jù)病人的呼吸頻率及進(jìn)針深度實(shí)現(xiàn)“穿刺針的夾緊—自由釋放針——重新夾緊針”的功能，進(jìn)而提高穿刺手術(shù)的精度。

一種ct引導(dǎo)下肺穿刺機(jī)器人的穿刺針夾持釋放裝置，該夾持釋放裝置包括遠(yuǎn)端電機(jī)、絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和穿刺針；

所述絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接在遠(yuǎn)端電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，遠(yuǎn)端電機(jī)通過(guò)自身的正反轉(zhuǎn)使得絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)絲杠螺母副的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)穿刺針的夾緊和設(shè)定范圍內(nèi)的釋放。

進(jìn)一步地，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括殼體、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、雙頭絲杠、左旋滑塊螺母、右旋滑塊螺母、左夾持爪和右?jiàn)A持爪；所述絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括絲輥、絲殼和傳動(dòng)絲；

所述殼體內(nèi)部和遠(yuǎn)端電機(jī)的輸出軸上分別安裝一個(gè)絲輥，傳動(dòng)絲閉環(huán)繞制在兩個(gè)絲輥之間，傳動(dòng)絲外露在遠(yuǎn)端電機(jī)和殼體之外的部分套裝在絲殼內(nèi)部，遠(yuǎn)端電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)其上的絲輥轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)絲在絲殼內(nèi)部產(chǎn)生正向和反向滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)殼體內(nèi)絲輥的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體內(nèi)絲輥通過(guò)傳動(dòng)軸與主動(dòng)齒輪固定連接，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合，從動(dòng)齒輪與雙頭絲杠固定連接，雙頭絲杠通過(guò)軸承支撐在殼體內(nèi)部，左旋滑塊螺母和右旋滑塊螺母分別套裝在雙頭絲杠的兩端，左夾持爪和右?jiàn)A持爪對(duì)應(yīng)固定連接在左旋滑塊螺母和右旋滑塊螺母上且互相嵌入配合，雙頭絲杠的正反轉(zhuǎn)使得左旋滑塊螺母和右旋滑塊螺母具有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，左夾持爪和右?jiàn)A持爪限制左旋滑塊螺母和右旋滑塊螺母的旋轉(zhuǎn)，左夾持爪和右?jiàn)A持爪相對(duì)或反向移動(dòng)，左夾持爪和右?jiàn)A持爪相對(duì)移動(dòng)到極限位置后合圍形成對(duì)穿刺針的夾持，左夾持爪和右?jiàn)A持爪反向移動(dòng)到極限位置后合圍的范圍即穿刺針釋放后可自由運(yùn)動(dòng)的范圍。

進(jìn)一步地，所述左夾持爪和右?jiàn)A持爪的外形為直角結(jié)構(gòu)，右?jiàn)A持爪為實(shí)體結(jié)構(gòu)，左夾持爪具有容納右?jiàn)A持爪嵌入的間隙，左夾持爪和右?jiàn)A持爪之間為滑動(dòng)配合。

進(jìn)一步地，所述左夾持爪和右?jiàn)A持爪的中心收針部位安裝一對(duì)針體緊固件，進(jìn)針緊固件卡裝在夾持爪的中心異型槽里面，進(jìn)針時(shí)的穿刺力由針體緊固件與穿刺針的靜態(tài)摩擦力實(shí)現(xiàn)，針體緊固件的材料選用醫(yī)用橡膠。

進(jìn)一步地，為了避免產(chǎn)生偽影，所述雙頭絲杠、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪用塑料材質(zhì)，螺母用鋁材。

有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)穿刺針的夾持和釋放。在穿刺過(guò)程中，執(zhí)行部件可以根據(jù)病人的呼吸頻率及進(jìn)針深度實(shí)現(xiàn)“穿刺針的夾緊—自由釋放針——重新夾緊針”的功能，因此能夠適應(yīng)穿刺針進(jìn)針過(guò)程中針位置的移動(dòng)和擺動(dòng)。

2、本發(fā)明中的零件所采用的材料為聚碳酸酯和鋁，聚碳酸酯具有較高的剛度，鋁在x射線下偽影很小，驅(qū)動(dòng)部件采用電機(jī)遠(yuǎn)端驅(qū)動(dòng)絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此能夠滿足ct掃描條件下使用非金屬材料機(jī)構(gòu)的要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正視圖；

圖3為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)的后視圖；

圖4為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)中左、右?jiàn)A持爪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)中雙頭絲杠與滑塊螺母的配合關(guān)系示意圖；

圖6為本發(fā)明執(zhí)行機(jī)構(gòu)中左、右?jiàn)A持爪最大張開(kāi)度示意圖；

圖7為本發(fā)明應(yīng)用在肺穿刺機(jī)器人上的示意圖。

其中，1-遠(yuǎn)端電機(jī)、2-絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、3-執(zhí)行機(jī)構(gòu)、4-穿刺針、5-絲殼、6-傳動(dòng)絲、7-絲輥、8-殼體、9-主動(dòng)齒輪、10-從動(dòng)齒輪、11-雙頭絲杠、12-左夾持爪、13-右?jiàn)A持爪、14-左旋滑塊螺母、15右旋滑塊螺母、16-針體緊固件、17-進(jìn)針機(jī)構(gòu)、18-rcm機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種ct引導(dǎo)下肺穿刺機(jī)器人的穿刺針夾持釋放裝置，該夾持釋放裝置包括遠(yuǎn)端電機(jī)1、絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)3和穿刺針4；

絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2連接在遠(yuǎn)端電機(jī)1和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3之間，遠(yuǎn)端電機(jī)1通過(guò)自身的正反轉(zhuǎn)使得絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，執(zhí)行機(jī)構(gòu)3通過(guò)絲杠螺母副的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)穿刺針4的夾緊和設(shè)定范圍內(nèi)的釋放。

如附圖2和3所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)3包括殼體8、主動(dòng)齒輪9、從動(dòng)齒輪10、雙頭絲杠11、左旋滑塊螺母14、右旋滑塊螺母15、左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13；絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括絲輥7、絲殼5和傳動(dòng)絲6；

殼體8內(nèi)部和遠(yuǎn)端電機(jī)1的輸出軸上分別安裝一個(gè)絲輥7，電機(jī)上的絲輥為主動(dòng)絲輥，殼體8內(nèi)的絲輥為從動(dòng)絲輥；傳動(dòng)絲6閉環(huán)繞制在兩個(gè)絲輥7之間，傳動(dòng)絲6外露在遠(yuǎn)端電機(jī)1和殼體8之外的部分套裝在絲殼5內(nèi)部，遠(yuǎn)端電機(jī)1的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)其上的絲輥7轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)絲6在絲殼5內(nèi)部產(chǎn)生正向和反向滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)殼體8內(nèi)絲輥7的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體8內(nèi)的絲輥7通過(guò)傳動(dòng)軸與主動(dòng)齒輪9固定連接，主動(dòng)齒輪9與從動(dòng)齒輪10嚙合，從動(dòng)齒輪10與雙頭絲杠11固定連接，雙頭絲杠11通過(guò)軸承支撐在殼體8內(nèi)部，左旋滑塊螺母14和右旋滑塊螺母15分別套裝在雙頭絲杠11的兩端，左夾持爪和右?jiàn)A持爪對(duì)應(yīng)固定連接在左旋滑塊螺母14和右旋滑塊螺母15上，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13的外形為直角結(jié)構(gòu)，右?jiàn)A持爪13為實(shí)體結(jié)構(gòu)，左夾持爪12具有容納右?jiàn)A持爪13嵌入的間隙，兩者之間為滑動(dòng)配合。

雙頭絲杠11的正反轉(zhuǎn)使得左旋滑塊螺母14和右旋滑塊螺母15具有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13限制左旋滑塊螺母和右旋滑塊螺母的旋轉(zhuǎn)，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13相對(duì)或反向移動(dòng)，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13相對(duì)移動(dòng)到極限位置后合圍形成對(duì)穿刺針4的夾持，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13反向移動(dòng)到極限位置后合圍的范圍即穿刺針4釋放后可自由運(yùn)動(dòng)的范圍。

如附圖4所示，左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13的中心收針部位安裝一對(duì)針體緊固件16，進(jìn)針緊固件16卡裝在夾持爪的中心異型槽里面，進(jìn)針時(shí)的穿刺力由針體緊固件16與穿刺針4的靜態(tài)摩擦力實(shí)現(xiàn)，針體緊固件16的材料選用醫(yī)用橡膠。

如附圖5和6所示，穿刺針4的左夾持爪12和右?jiàn)A持爪13錐銷固定在左滑塊螺母14和右滑塊螺母15上，兩個(gè)滑塊螺母與雙頭絲杠11是7度等級(jí)的梯型螺紋配合。當(dāng)絲杠繞虛線箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)滑塊螺母以同樣的速度向絲杠中間位置滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了夾持爪的釋放功能；當(dāng)雙頭絲杠11繞實(shí)線箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)滑塊螺母以同樣的速度向雙頭絲杠11兩端滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了夾持爪的夾緊功能。當(dāng)夾持爪到達(dá)夾緊位置時(shí)，通過(guò)電機(jī)的自鎖保持對(duì)穿刺針4的夾緊狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)解除自鎖并反轉(zhuǎn)時(shí)，夾持爪松開(kāi)穿刺針，由此執(zhí)行機(jī)構(gòu)及雙向絲杠螺母副在電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及自鎖功能下實(shí)現(xiàn)穿刺針4的“夾緊——釋放”功能。夾持爪的最大張開(kāi)度是36×36mm的正方形，兩個(gè)滑塊螺母的中間間隙為11.16mm，保證了滑塊螺母始終與殼體8上的導(dǎo)軌面接觸。

殼體8分為上下兩個(gè)空間，上部空間用于固定安裝從動(dòng)絲輥，和絲傳動(dòng)從動(dòng)端絲殼接口。雙向絲杠螺母通過(guò)陶瓷軸承固定安裝在殼體下部空間，為了減小整體機(jī)構(gòu)的尺寸并且提高導(dǎo)軌和滑塊螺母的加工和配合精度，在殼體8上設(shè)計(jì)了與滑動(dòng)螺母相配合的直線導(dǎo)軌槽，在導(dǎo)軌的中間位置有螺母安裝槽，槽的尺寸為21×13mm。遠(yuǎn)端電機(jī)1通過(guò)遠(yuǎn)端絲傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)一對(duì)齒輪將力和力矩平行傳遞到雙頭絲杠11上。

如附圖7所示，本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與進(jìn)針機(jī)構(gòu)17的絲杠螺母副中的螺母固連，進(jìn)針機(jī)構(gòu)與rcm機(jī)構(gòu)固定連接，rcm機(jī)構(gòu)再通過(guò)轉(zhuǎn)角卡盤與三坐標(biāo)滑動(dòng)平臺(tái)連接，轉(zhuǎn)角卡盤的角度根據(jù)不同病人的體態(tài)進(jìn)行角度的調(diào)整，rcm機(jī)構(gòu)用于調(diào)整穿刺針的進(jìn)針角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的肺部穿刺治療。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。